第講電力系統(tǒng)頻率及有功功率的自動調(diào)節(jié)與控制

1、第九講 電力系統(tǒng)頻率(pnl)及有功功率的自動調(diào)節(jié)與控制（2）主講人：李巖松華北電力大學(xué)電氣(dinq)與電子工程學(xué)院共三十六頁第五章 電力系統(tǒng)頻率及有功功率(gngl)的自動調(diào)節(jié)與控制 本章就電力系統(tǒng)的頻率特性和調(diào)頻的有關(guān)(yugun)問題展開討論，闡述了經(jīng)濟(jì)調(diào)度和自動調(diào)頻的問題。7/19/20222North China Electric Power University共三十六頁第三節(jié) 電力系統(tǒng)(din l x tn)調(diào)頻和自動發(fā)電控制現(xiàn)代電力系統(tǒng)調(diào)頻的主要任務(wù)維持系統(tǒng)頻率在給定水平，考慮(kol)機(jī)組負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配和保持電鐘的準(zhǔn)確性帶基本負(fù)荷發(fā)電廠經(jīng)濟(jì)性較好的高參數(shù)火電廠、熱電廠、核電

2、廠調(diào)峰廠經(jīng)濟(jì)性較差的機(jī)組調(diào)頻廠承擔(dān)計劃負(fù)荷與實際負(fù)荷的差值部分在電網(wǎng)容量較大時，由多個電廠共同完成調(diào)頻任務(wù)7/19/20223North China Electric Power University共三十六頁1、主導(dǎo)(zhdo)發(fā)電機(jī)法1、在調(diào)頻電廠中有一臺主導(dǎo)機(jī)組(jz)上裝設(shè)無差調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)準(zhǔn)則是：2、在其他機(jī)組上裝設(shè)有功功率調(diào)整器，使這些機(jī)組的功率隨主導(dǎo)機(jī)組的功率按比例變化，協(xié)助主導(dǎo)發(fā)電機(jī)調(diào)頻工作，調(diào)節(jié)準(zhǔn)則是：協(xié)助調(diào)頻機(jī)組的調(diào)節(jié)功率主導(dǎo)發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)功率比例系數(shù)7/19/20224North China Electric Power University共三十六頁1、主導(dǎo)(zhdo)發(fā)電

3、機(jī)法負(fù)荷(fh)變動系統(tǒng)頻率改變主導(dǎo)發(fā)電機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)動作協(xié)助調(diào)頻機(jī)組調(diào)整功率系統(tǒng)頻率隨之改變頻率恢復(fù)到額定值調(diào)節(jié)結(jié)束否是存在的問題調(diào)節(jié)緩慢，適應(yīng)于中小電力系統(tǒng)7/19/20225North China Electric Power University共三十六頁2、同步(tngb)時間法同步時間法（積差調(diào)差）就是按頻率(pnl)偏差的積分值來進(jìn)行調(diào)節(jié)，因為頻率(pnl)偏差的積分反映了在一定時間段內(nèi)同步時間對標(biāo)準(zhǔn)時間的偏差。7/19/20226North China Electric Power University共三十六頁改進(jìn)方法:將頻率f 的瞬時偏差 和頻率偏差積分 相結(jié)合,構(gòu)成頻率積差

4、調(diào)節(jié)方法.2、同步(tngb)時間法積分方法調(diào)節(jié)緩慢，不能保證頻率的瞬時偏差(pinch)在規(guī)定的范圍內(nèi)。每臺機(jī)組分擔(dān)的有功功率7/19/20227North China Electric Power University共三十六頁3、自動發(fā)電(fdin)控制電力系統(tǒng)(din l x tn)自動調(diào)頻的任務(wù)1、維持系統(tǒng)頻率為額定值2、經(jīng)濟(jì)功率分配3、系統(tǒng)潮流分布符合經(jīng)濟(jì)安全原則主導(dǎo)發(fā)電機(jī)組法同步時間法聯(lián)合自動調(diào)頻法在電網(wǎng)調(diào)度的SCADA系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，在調(diào)度中心的監(jiān)控計算機(jī)中配置AGC（自動發(fā)電控制）功能軟件實現(xiàn)方法7/19/20228North China Electric Power Univ

5、ersity共三十六頁3、自動(zdng)發(fā)電控制AGC自動發(fā)電控制AGC的基本(jbn)目標(biāo)：1、使全系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)輸出功率和總負(fù)荷功率相匹配2、維持系統(tǒng)頻率為額定值，在正常穩(wěn)態(tài)情況下，其頻率偏差在0.050.2Hz范圍內(nèi)。3、控制地區(qū)電網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線的交換功率與計劃值相等，實現(xiàn)各地區(qū)有功功率就地平衡。4、在安全運行前提下，所管轄系統(tǒng)范圍內(nèi)，機(jī)組間負(fù)荷實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)分配。5、監(jiān)視和調(diào)整備用容量，滿足電力系統(tǒng)安全要求。7/19/20229North China Electric Power University共三十六頁3、自動(zdng)發(fā)電控制AGCAGC是建立在電網(wǎng)調(diào)度自動化能量(nngling)管

6、理系統(tǒng)與發(fā)電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（簡稱CCS）間閉環(huán)控制的一種先進(jìn)技術(shù)手段。調(diào)節(jié)結(jié)束時頻率偏差為零。機(jī)組控制環(huán)區(qū)域調(diào)度控制環(huán)計劃跟蹤環(huán)控制誤差7/19/202210North China Electric Power University共三十六頁3、自動發(fā)電(fdin)控制AGCAGC有三種基本控制(kngzh)方式1、恒定頻率控制FFC（Flat Frequency Control）按照頻率偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)，在頻率偏差為零時調(diào)節(jié)結(jié)束。對聯(lián)絡(luò)線不加以控制適用于電廠間聯(lián)系緊密的小型系統(tǒng)2、恒定交換功率控制FTC（Flat Tie-line Control）按照控制調(diào)頻機(jī)組保持交換功率恒定進(jìn)行調(diào)節(jié)。對系

7、統(tǒng)頻率不加以控制只適用于兩個系統(tǒng)間按照協(xié)議交換功率的情況。7/19/202211North China Electric Power University共三十六頁頻率聯(lián)絡(luò)線功率偏差(pinch)控制（TBC）3、頻率聯(lián)絡(luò)線功率偏差控制TBC（Tie-line load frequency Bias Control） 既按照頻率偏差又按照聯(lián)絡(luò)線交換功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，維持各地區(qū)電力系統(tǒng)負(fù)荷波動的就地平衡(pnghng)。適用于大型電力系統(tǒng)或聯(lián)合電力系統(tǒng)（常用方法）定義本區(qū)域調(diào)節(jié)作用信號為區(qū)域控制誤差A(yù)CE控制功率調(diào)整結(jié)果在穩(wěn)態(tài)情況下滿足7/19/202212North China Electric

8、Power University共三十六頁電力系統(tǒng)(din l x tn)典型事故電力系統(tǒng)自動裝置就是針對危及系統(tǒng)安全運行的故障所采用的自動化對策，他們的任務(wù)(rn wu)就是當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生某些故障時，按照預(yù)定的控制準(zhǔn)則迅速作出反應(yīng)，采取必要的措施以避免事故擴(kuò)大。事故1：A電廠發(fā)生故障而切機(jī)，B系統(tǒng)突然減少了功率 。如果運行機(jī)組備用容量遠(yuǎn)小于 ，則會造成電網(wǎng)功率的嚴(yán)重缺額，頻率會大幅度下降。此時如果不及時切負(fù)荷，則會危及系統(tǒng)安全，甚至整個系統(tǒng)崩潰。7/19/202213North China Electric Power University共三十六頁電力系統(tǒng)(din l x tn)典型事故事故2

9、：在雙回線路上輸送的功率 很大，當(dāng)有一回線三相短路而被切除， 超出了一回線路運行的暫態(tài)穩(wěn)定極限。如果不迅速減少輸送功率，則可能由于系統(tǒng)穩(wěn)定破壞而解列。造成受端更為嚴(yán)重的功率缺額。事故處理：1、對于(duy)事故1，B系統(tǒng)迅速切除負(fù)荷2、對于事故2，A電廠迅速減少輸送功率7/19/202214North China Electric Power University共三十六頁電力系統(tǒng)(din l x tn)典型事故存在問題：如果由調(diào)度人員在很短的時間(shjin)內(nèi)正確判斷事故并且完成相應(yīng)的上述操作，顯然是不可能的。原因是遠(yuǎn)動信息傳輸和操作命令的傳達(dá)都需要一定的時間(shjin)，如此長的時間(

10、shjin)勢必會失去及時處理事故的良機(jī)。解決辦法：針對引發(fā)系統(tǒng)性事故的緊急操作任務(wù)必須依靠自動控制系統(tǒng)裝置來完成。0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000 Sec.電磁暫態(tài)Electromagnetic Switching Transient暫態(tài)穩(wěn)定Transient stability（angle and voltage）系統(tǒng)運行Power system operation小擾動穩(wěn)定Small signal stability長期電壓穩(wěn)定Long term voltage stability繼電保護(hù)范圍自動裝置范圍自動化系統(tǒng)范圍人員操作范圍7/19/202215North

11、China Electric Power University共三十六頁第四節(jié) 電力系統(tǒng)自動(zdng)低頻減載電力系統(tǒng)的頻率反映了發(fā)電機(jī)組所發(fā)出的有功(yu n)功率與負(fù)荷所需有功(yu n)功率之間的平衡狀況。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生了較大的事故時，系統(tǒng)出現(xiàn)了嚴(yán)重的功率缺額，其缺額值超出了正常熱備用可以調(diào)節(jié)的能力，這時即使令全系統(tǒng)中運行的所有發(fā)電機(jī)都發(fā)出其設(shè)備可能提供的最大功率，仍然不能滿足負(fù)荷功率的需要，所引發(fā)的系統(tǒng)頻率下降值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了系統(tǒng)安全運行所允許的范圍。為了保證電網(wǎng)安全和對重要用戶的供電，必須采取措施，切除部分負(fù)荷，以使系統(tǒng)頻率恢復(fù)到可以安全運行的水平內(nèi)。7/19/202216North

12、China Electric Power University共三十六頁頻率降低對電力系統(tǒng)(din l x tn)的影響系統(tǒng)頻率(pnl)降低較大時，對系統(tǒng)運行極為不利，甚至?xí)斐上到y(tǒng)崩潰的嚴(yán)重后果。1、對汽輪機(jī)的影響：頻率降低會導(dǎo)致汽輪機(jī)的葉片產(chǎn)生裂紋，甚至葉片斷裂。2、發(fā)生頻率崩潰現(xiàn)象3、發(fā)生電壓崩潰現(xiàn)象頻率降低火電廠廠用機(jī)械出力降低鍋爐出力降低發(fā)電廠出力降低頻率降低勵磁機(jī)、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速下降電動勢下降加劇無功不足電壓水平下降7/19/202217North China Electric Power University共三十六頁1、電力系統(tǒng)頻率的靜態(tài)(jngti)特性在電力系統(tǒng)出現(xiàn)較大的功率

13、(gngl)缺額時，如能在較低的頻率維持運行，主要是依靠負(fù)荷頻率特性的調(diào)節(jié)作用。當(dāng)頻率降低時，負(fù)荷按照自身的頻率特性自動地減少了從系統(tǒng)中所吸收的功率，使之與發(fā)電機(jī)發(fā)出的功率盡可能的保持平衡。此時，系統(tǒng)所減少的功率就是系統(tǒng)的功率缺額。系統(tǒng)功率缺額負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)特性系統(tǒng)功率缺額7/19/202218North China Electric Power University共三十六頁2、電力系統(tǒng)(din l x tn)頻率的動態(tài)特性研究電力系統(tǒng)頻率的動態(tài)(dngti)過程（1）單機(jī)系統(tǒng)系統(tǒng)出現(xiàn)有功缺額時，轉(zhuǎn)子運動方程轉(zhuǎn)子動能考慮到機(jī)械角速度變化不太快7/19/202219North China El

14、ectric Power University共三十六頁2、電力系統(tǒng)(din l x tn)頻率的動態(tài)特性（2）機(jī)組并聯(lián)(bnglin)運行：考慮忽略各節(jié)點頻率偏差 的差異，把全系統(tǒng)的所有機(jī)組看作一臺等值機(jī)。電動機(jī)及其拖動機(jī)械負(fù)荷的轉(zhuǎn)動慣量遠(yuǎn)小于發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)動慣量，可以忽略，這樣并不會影響計算結(jié)果。等值機(jī)的慣性時間常數(shù)7/19/202220North China Electric Power University共三十六頁2、電力系統(tǒng)(din l x tn)頻率的動態(tài)特性當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)功率缺額或者功率過剩時，系統(tǒng)頻率 的動態(tài)特性可用指數(shù)曲線來描述。在事故初期(chq)，頻率下降的速度與功率缺額成正

15、比7/19/202221North China Electric Power University共三十六頁2、電力系統(tǒng)頻率(pnl)的動態(tài)特性當(dāng)頻率(pnl)下降至 ，切除負(fù)荷 ，若 則有曲線C當(dāng)頻率下降至 ，切除負(fù)荷 ，若 ，且使 則有曲線d當(dāng)頻率下降至 ，切除負(fù)荷 ，若 ，且使 則有曲線e結(jié)論：如果能夠及時切除負(fù)荷功率，就可以延緩系統(tǒng)頻率下降過程。7/19/202222North China Electric Power University共三十六頁3、自動低頻(dpn)減載的工作原理當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重的功率缺額時，低頻減載裝置的任務(wù)就是(jish)迅速斷開相應(yīng)數(shù)量的用戶負(fù)荷，使系統(tǒng)頻

16、率在不低于某一允許值的情況下，達(dá)到有功功率平衡，以確保電力系統(tǒng)安全運行，防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大。這是防止電力系統(tǒng)發(fā)生頻率崩潰的系統(tǒng)性的保護(hù)裝置。1、最大功率缺額的確定2、自動低頻減載裝置的動作順序3、頻率級差的選擇4、每段切除功率的限制5、自動減載裝置的延時與防止誤動作6、特殊輪7/19/202223North China Electric Power University共三十六頁（1）最大功率(gngl)缺額的確定考慮即使在系統(tǒng)發(fā)生最嚴(yán)重的事故情況下，也就是出現(xiàn)最大可能的功率(gngl)缺額時，接至自動低頻減載裝置的用戶功率(gngl)量（待切除的負(fù)荷）也能使系統(tǒng)頻率恢復(fù)至可以運行的水平，以避

17、免事故擴(kuò)大。確定系統(tǒng)事故情況下最大的可能功率缺額，以及接入自動低頻減載裝置的功率值，是系統(tǒng)安全運行的重要保證。一般應(yīng)該根據(jù)最不利的運行方式下發(fā)生事故時，實際可能發(fā)生的最大功率缺額來考慮。例如：按系統(tǒng)中斷開最大機(jī)組，或者某一電廠來考慮。一般希望系統(tǒng)切除負(fù)荷后的恢復(fù)頻率要小于系統(tǒng)額定頻率自動低頻減載裝置的最大可能斷開的功率 要小于最大功率缺額7/19/202224North China Electric Power University共三十六頁（1）最大功率(gngl)缺額的確定根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷、系統(tǒng)恢復(fù)頻率以及最大功率缺額 ，可以計算出接到自動低頻減載裝置的功率總數(shù)。7/19/202225Nort

18、h China Electric Power University共三十六頁（2）自動低頻(dpn)減載裝置的動作順序系統(tǒng)運行方式有很多種，事故的嚴(yán)重程度也很大差別，而對于自動低頻減載裝置都必須做出恰當(dāng)?shù)姆磻?yīng)，切除(qich)相應(yīng)數(shù)量的負(fù)荷。解決的辦法只有分批斷開負(fù)荷功率，采用逐步修正的辦法，才能取得較為滿意的結(jié)果。盡管頻率動態(tài)方程表明頻率下降速率載有有功缺額的信息，但是，在實際應(yīng)用中，按頻率降低值來切除負(fù)荷，即按頻率自動減載。自動低頻減載裝置是在電力系統(tǒng)發(fā)生事故后系統(tǒng)頻率下降時，按照頻率的不同數(shù)值按順序依次切除負(fù)荷，也就是將最大開斷功率分配在不同啟動頻率值的區(qū)段內(nèi)分批切除負(fù)荷。為了確定自動低

19、頻減載裝置的級數(shù)，應(yīng)該確定第一級啟動頻率 和最末一級啟動頻率 的數(shù)值。7/19/202226North China Electric Power University共三十六頁（2）自動低頻減載裝置的動作(dngzu)順序1、第一級啟動(qdng)頻率在事故初期及早切除負(fù)荷功率，對于延緩頻率下降過程是有利。第一級啟動頻率選擇高值，在48.5Hz-49Hz之間。2、最末一級啟動頻率在電力系統(tǒng)中允許最低頻率受到“頻率崩潰”和“電壓崩潰”的限制，一般取46Hz-46.5Hz之間。3、頻率級差n級數(shù)越大，每級開斷的功率越少，適應(yīng)性越好。7/19/202227North China Electric P

20、ower University共三十六頁（3）頻率(pnl)級差的選擇按照(nzho)選擇性確定頻率級差強(qiáng)調(diào)各級元件動作次序，要求在前一級動作后還不能制止頻率下降的情況下，后一級才能動作。頻率測量元件的最大誤差頻率對應(yīng)于 時間內(nèi)頻率的變化頻率裕度頻率級差的主要決定因素7/19/202228North China Electric Power University共三十六頁（4）每段切功率(gngl)的限制在同一事故情況下，切除負(fù)荷越多，系統(tǒng)恢復(fù)頻率(pnl)就越高，因此，每級切除負(fù)荷的功率受到恢復(fù)頻率(pnl)的限制。切除功率的限值計算按照“第i-1級動作切除負(fù)荷后，系統(tǒng)的穩(wěn)定頻率正好在第i級

21、的啟動頻率上”來考慮。（1）系統(tǒng)缺額功率系統(tǒng)缺額由負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)來補(bǔ)償7/19/202229North China Electric Power University共三十六頁（4）每段切功率(gngl)的限制（2）當(dāng)?shù)趇級切除負(fù)荷 后，系統(tǒng) ，這時系統(tǒng)功率缺額由負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)來補(bǔ)償。（3）每級切除(qich)的負(fù)荷功率值7/19/202230North China Electric Power University共三十六頁（5）自動減載裝置(zhungzh)的延時與防止誤動作系統(tǒng)發(fā)生(fshng)事故電壓急劇下降頻率繼電器可能會誤動作增加一個時限自動低頻減載裝置采用一個0.1-0.2s的延時地

22、區(qū)變電站短時供電中斷旋轉(zhuǎn)機(jī)組反饋輸送功率電壓維持、頻率急劇下降在容量不大系統(tǒng)出現(xiàn)沖擊負(fù)荷系統(tǒng)頻率瞬時下降低頻減載裝置誤動作附加其他信號閉鎖7/19/202231North China Electric Power University共三十六頁（6）特殊(tsh)輪自動低頻減負(fù)荷裝置分為兩組：基本輪和特殊輪?；据啚榭焖?kui s)動作，用以抑制頻率下降。特殊輪則為在基本輪動作后，用以恢復(fù)系統(tǒng)頻率到可以操作的較高數(shù)值。事例：在第i輪動作后，系統(tǒng)頻率穩(wěn)定在低于恢復(fù)頻率的低限，但是又不足以使i+1輪減負(fù)荷裝置動作。帶時限的特殊輪動作切除負(fù)荷啟動頻率不低于前面基本輪的啟動頻率動作時限為系統(tǒng)時間常數(shù)的2-3倍，最小動作時間為10-20s7/19/2022